[发明专利]一种飞行器空气舵性能评价方法

说明书

本发明涉及一种飞行器空气舵性能评价方法，该方法包括空气舵系统静刚度、动刚度(扭振频率)解析表达式建立，空气舵系统有限元模型建立和空气舵系统基础刚度、部件的应力应变、变形等性能分析，空气舵性能试验方法制定，空气舵试验装置设计，通过对空气舵性能理论分析、仿真分析和试验测试相结合获得飞行器空气舵承载性能、静刚度和动刚度、传递函数及和摩擦性能，为优化设计飞行器空气舵、综合评价空气舵性能提供全面的评价参数和可靠方便的评价方法。

技术领域

本发明涉及一种飞行器空气舵性能评价方法，属于机构系统性能分析及测试领域。

背景技术

飞行器空气舵通过传动机构与机身结构连接，空气舵通过在一定角度范围内偏摆达到调整飞行器姿态的目的。空气舵系统的性能是多种因素综合作用的结果，传动机构关键零部件的配置方式、舵面本体的模态及刚度特性、零部件之间的配合方式、载荷工况和环境工况条件等都影响空气舵性能的平稳性、偏摆精度、传递函数特性等。刚度是飞行器空气舵系统设计的第一要素，在设计阶段通过便捷的方法估算刚度并开展优化可以提高设计效率。传统空气舵性能评价方法比较单一，理论分析采用的假设条件偏理想化，难以真实反映各项性能指标；仿真分析的方法和结果需配合试验验证；空气舵在多种运行工况下的性能评价试验方案与试验装置设计不能紧密结合，造成试验装置功能单一，不能进行全面的考核试验。建立一种结果可靠又方便应用的飞行器空气舵性能评价方法是提升空气舵系统设计技术的有效手段。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种飞行器空气舵性能评价方法，该方法通过空气舵性能理论分析、仿真分析和试验测试相结合获得飞行器空气舵承载性能、静刚度和动刚度、传递函数及和摩擦性能，为高动态和高可靠性飞行器空气舵及其传动装置的设计和优化提供全面、经济的评价参数。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种飞行器空气舵性能评价方法，包括如下步骤：

步骤(1)、获得空气舵系统等效到舵机作动杆轴线上的线刚度K_la，表达式如下：

其中：K_l为传动机构等效到舵机作动杆轴线上的线刚度；K_s为舵机本体等效到舵机作动杆轴线上的线刚度；K_base为空气舵系统基础刚度等效到舵机作动杆轴线上的线刚度；K_cont为传动机构各零部件之间以及传动机构和舵机连接处的接触刚度等效到舵机作动杆轴线上的线刚度；

步骤(2)、根据线刚度K_la获得空气舵全舵偏角范围内的动刚度f_r，表达式如下：

其中：J_r为空气舵系统对舵轴轴线的转动惯量，K_r为空气舵系统等效到舵轴轴线的扭转刚度，表达式如下：

K_r＝K_la·i_lo²

其中：i_lo为舵机作动杆伸长速度V_r和舵面转动角速度ω_d之比；

步骤(3)、通过空气舵传动机构承载能力测试获得空气舵系统中要求位置的应力和应变值；

步骤(4)、通过空气舵传动机构传递函数测试获得空气舵系统中传动机构的传递函数；

步骤(5)、通过空气舵传动机构摩擦性能测试获得不同载荷下的空气舵舵轴支撑轴承的摩擦力和传动机构的综合摩擦力。

在上述飞行器空气舵性能评价方法中，所述步骤(1)中传动机构等效到舵机作动杆轴线上的线刚度K_l通过如下公式得到：